Secciones críticas y exclusión mutua

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1 Secciones críticas y exclusión mutua Lecturas: Andrews, secciones 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 Ben-Ari, sección 2.2 Manuel Carro Universidad Politécnica de Madrid Este texto se distribuye bajo los términos de la Creative Commons License M. Carro (UPM) Exclusión mutua 1 / 1 Secciones críticas El primer problema a resolver Código fuente X := X + X; Regular acceso a X := X + X Sólo una tarea a la vez: exclusión mutua Código compilado (a) Load MemPos1, Accum (b) Add MemPos1, Accum (c) Sto Accum, MemPos1 Sección crítica del programa (reduce número ejecuciones posibles) Esquema Protocolo de entrada Sección crítica Protocolo de salida M. Carro (UPM) Exclusión mutua 2 / 1 Sección crítica Secciones críticas Soluciones software y hardware Hardware: instrucciones especializadas (Test and Set y Swap) Software: algoritmos exclusión mutua / soporte S.O. Muchos algoritmos de exclusión mutua Peterson (lo veremos) Dekker (Ben-Ari, Cáp. 3) Panadería, Tickets (Andrews, Cáp. 3) etc. M. Carro (UPM) Exclusión mutua 3 / 1

2 Exclusión mutua Secciones críticas Ejemplo de necesidad de exclusión mutua: shvar without mutex.adb Variables vistas por varios procesos Accesos indiscriminados resultados erróneos Intentaremos implementación protocolos entrada / salida Supondremos atomicidad sentencias Ada Suposición: procesos no mueren en Sección crítica Protocolo de entrada Protocolos entrada / salida Sección crítica Protocolo de salida M. Carro (UPM) Exclusión mutua 4 / 1 (andes{1,2,3,4,5}.adb) Dos trenes cruzan el mismo puente Diferentes velocidades / recorridos Sincronización entrada / salida puente M. Carro (UPM) Exclusión mutua 5 / 1 Primer intento de exclusión mutua type Tipo Turno is (Dcha, Izq); T: Tipo Turno:= Dcha; while ( T / = Izq ) T := Dcha ; while ( T / = Dcha ) T := Izq ; M. Carro (UPM) Exclusión mutua 6 / 1

3 Segundo intento de exclusión mutua Bote Izq : Boolean := False ; while Bote Dcho Bote Izq : = True ; while Bote Izq Bote i = True sii tren i está cruzando M. Carro (UPM) Exclusión mutua 7 / 1 Tercer intento de exclusión mutua Bote Izq : Boolean : = False ; Bote Izq : = True while Bote Dcho Bote Dcho : = True while Bote Izq M. Carro (UPM) Exclusión mutua 8 / 1 Cuarto intento de exclusión mutua Bote Izq : Boolean : = False ; Bote Izq : = True ; while Bote Dcho Bote Izq : = True ; while Bote Izq M. Carro (UPM) Exclusión mutua 9 / 1

4 Quinto intento de exclusión mutua Turno : Tipo Turno := Dcha; Bote Izq : Boolean : = False ; Bote Izq := True ; Turno := Der ; while Bote Der and ( Turno = Der ) Sección c r í t i c a Turno := Izq ; while Bote Izq and ( Turno = Izq ) Sección c r í t i c a M. Carro (UPM) Exclusión mutua 10 / 1 Prueba Observaciones: Tren i cruzando (en s.c.) Bote i = True Turno resuelve conflictos Algún proceso es el último en cambiar Turno Exclusión mutua: Supongamos ambos trenes en sección crítica Bote_Dcho: Boolean := False; Bote_Dcho:= True; Turno:= Izq; while Bote_Izq and (Turno = Izq) null; end ; -- Sección crítica Bote_Dcho := False; end ; Entonces Bote Izquierdo = Bote Derecho = True La condición de entrada es sólo cierta para uno Éste debe haber entrado primero Y al estar aún en s.c. no puede haberle dado el turno al otro Contradicción M. Carro (UPM) Exclusión mutua 11 / 1 Prueba (Cont.) Cadencia correcta: Tren i está de paseo Entonces Bote i = False Por tanto el otro tren puede entrar Bote_Dcho: Boolean := False; Bote_Dcho:= True; Turno:= Izq; while Bote_Izq and (Turno = Izq) null; end ; -- Sección crítica Bote_Dcho := False; end ; Ausencia de interbloqueo: Tren Derecho y Tren Izquierdo bloqueados en bucle entrada Imposible: o bien Turno = Derecha o bien Turno = Izquierda Uno de los dos puede continuar M. Carro (UPM) Exclusión mutua 12 / 1

5 Prueba (Cont.) Ausencia de inanición: Tren i entra s.c. repetidamente: Al salir da oportunidad al otro tren (con Bote i ) Tren i puede intentar reentrar antes que el otro: Pero al intentar reentrar se quita Turno a sí mismo Y el otro proceso ha solicitado paso (con Bote j ) Bote_Dcho: Boolean := False; Bote_Dcho:= True; Turno:= Izq; while Bote_Izq and (Turno = Izq) null; end ; -- Sección crítica Bote_Dcho := False; end ; M. Carro (UPM) Exclusión mutua 13 / 1 Propiedades vistas Seguridad: Vivacidad: Ausencia de interbloqueo (normalmente necesaria) Exclusión mutua Cadencia correcta (acceso recurso si está libre y proceso intenta) Ausencia de inanición (asegurar acceso recurso a todos los procesos) M. Carro (UPM) Exclusión mutua 14 / 1 Espera activa Algoritmo Peterson (y otros): espera activa Tareas esperando entrar realizan trabajo Válidos como idea inicial Sólo algunas veces usados en casos muy particulares (multiprocesadores, R.C. muy pequeñas, sistemas con hardware dedicado) No útiles en la mayor parte de los casos Mecanismos de más bajo nivel (S.O. suspende tareas) Huid de la espera activa! M. Carro (UPM) Exclusión mutua 15 / 1

6 Ejercicio Ben-Ari, Principles of Concurrent Programming, ejercicio 3.4 Dos procesos P1 y P2 Demostrar corrección o encontrar contraejemplo c1, c2 : I n t e g e r := 1; Proceso P1 c1 := 1 c2 ; e x i t when c2 /= 0; Sección c r í t i c a c1 := 1; M. Carro (UPM) Exclusión mutua 16 / 1